Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Extrakorporale fokussierte Ultraschalltherapie – Sichere Behandlung dank Softwarekontrolle

12.11.2010
Mit Ultraschall können Mediziner sehr viel mehr als nur Diagnosen stellen. Längst nutzen sie die Schallwellen auch zur Therapie, etwa bei Patienten mit Tumoren.

Die bisher in den Kliniken eingesetzten Anwendungen mit fokussiertem Ultraschall (FUS) unter MRT-Bildgebung weisen aber entscheidende Nachteile auf: Dazu gehören eine lange Behandlungsdauer, ein hohes Rezidivrisiko oder die Schädigung gesunder Organe.

Jetzt entwickeln Fraunhofer-Forscher eine Software, die die Behandlung schonender und sicherer macht. An dem Projekt unter der Leitung des Fraunhofer MEVIS sind neben dem Fraunhofer FIRST auch die Fraunhofer-Institute EMI, ITWM und SCAI beteiligt. Auf der Medica, Halle 10, Stand F05, können Sie mit Projektmitarbeitern über das Vorhaben diskutieren.

Bei der MR-gestützten FUS-Therapie, liegt der Patient in einem Magnetresonanztomographen (MRT). Die Mediziner lokalisieren mithilfe der MRT-Bilder die genaue Lage des Tumors. Dann sendet ein Radiologe hochintensive, gebündelte Ultraschallwellen direkt auf den Tumor, wodurch im Fokuspunkt, ähnlich wie bei einer optischen Linse, Temperaturen von über 56°C entstehen. In mehreren Behandlungsschritten wird so der gesamte Tumor zerstört. Die Behandlungsdauer liegt bei zwei bis vier Stunden pro Sitzung, in denen sich der Patient kaum bewegen darf und teilweise die Luft anhalten muss, damit der Fokuspunkt der Ultraschallwellen nicht auf gesundes Gewebe trifft, sondern die Tumorregion erreicht.

Studien zur Behandlung von Tumoren im Abdomen (Uterus, Leber, Niere oder Blase) zeigen ein hohes Potenzial der MRT-gestützten FUS-Therapie, die allerdings in ihrer derzeitigen Form von technischen Problemen hinsichtlich der Fokussierung erschwert wird: Im Gegensatz zum Uterus bewegen sich die übrigen Organe des Abdomens durch die Atmung des Patienten stark. Die daraus resultierenden Verschiebungen der Organe lassen eine zielsichere Ultraschall-Behandlung nicht zu. Daher sind Strategien für Planung und Therapie notwendig, die die durch die Atmung entstehenden Organbewegungen mit einbeziehen. Darüber hinaus schirmen die menschlichen Rippen die Ultraschallwellen ab.

Die Fraunhofer-Software soll den Medizinern eine sichere Vorhersage über die Bewegung der Organe und über die Wirkung der Schallwellen im Gewebe liefern und zudem durch adaptive Anpassung der Ultraschall-Wellen die Bewegungen im Körper ausgleichen.

Verfolgung und Vorhersage von Organbewegungen

Das Fraunhofer-Institut für Rechnerarchitektur und Softwaretechnik FIRST konzentriert sich bei der Entwicklung der Software auf die Identifikation und Verfolgung von Organbewegungen sowie die Vorhersage von Organveränderungen während der Behandlung. Faktoren wie die Atmung des Patienten werden in Echtzeit analysiert, so dass eine Bewegungskompensation während der Bestrahlung möglich wird. Dazu werden die während der Therapie aufgenommenen MRT-Bilder, also aus mehreren Bildschichten bestehende 3-D-Volumendatensätze, verarbeitet und die Bewegung relevanter Strukturen extrahiert.

Daneben liefern unterschiedliche außerhalb des Körpers befindliche Sensoren, wie z. B. optische Tracker oder Atemfluss-Sensoren, weitere Informationen über die Atmung des Patienten. Zur Realisierung der Bewegungskompensation entwickeln die Forscher von Fraunhofer FIRST eine Verarbeitungskette von mehreren, aufeinander abgestimmten Algorithmen. Zur Identifikation und Verfolgung von Organbewegungen innerhalb einer MRT-Bildsequenz müssen zunächst die markantesten Regionen, die sich z. B. durch einen starken Hell-Dunkel-Kontrast auszeichnen, gefunden werden. Sie bilden die sogenannten „Featurepunkte“ im Datensatz.

Mit Hilfe von Bildberechnungsverfahren wie dem „Optischen Fluss“ oder der „Deformierbaren Registrierung“ kann anschließend eine bildbasierte Objektverfolgung („Tracking“) stattfinden. Dazu müssen die zeitlich aufeinanderfolgenden MRT-Daten überlagert und die korrespondierenden Featurepunkte im neuen Volumendatensatz zugeordnet werden.

Das Resultat ist ein Vektorfeld, das die Bewegung bzw. die Deformation des Tumors widerspiegelt und somit eine Bewegungsverfolgung ermöglicht. Auf diese Weise kann der Ultraschall-Sender neu fokussiert werden, auch wenn der Patient normal weiteratmet. Die Fraunhofer-Forscher gehen jedoch noch einen Schritt weiter. Durch die Implementierung einer prädiktiven Simulation der Organdeformation wird es möglich, die zukünftige Position des Tumors zu schätzen. Die so gewonnenen Informationen erlauben ein schnelles Reagieren auf neue Gegebenheiten. Um die Verfahren so effizient wie möglich zu machen, werden die komplexen Echtzeitalgorithmen auf der Graphics Processing Unit („GPU“) implementiert.

Die GPU bezeichnet die zentrale Recheneinheit auf einer Grafikkarte, die speziell für die Berechnung und die Verarbeitung von Grafik ausgelegt ist. GPUs ermöglichen die Verteilung komplexer Berechnungs- und Simulationsaufgaben auf mehrere hundert Prozessoren, die hochparallel arbeiten und dadurch um ein Vielfaches schneller sind als herkömmliche Hauptprozessoren (CPUs). Dies ist insbesondere für die medizinische Bildgebung ein großer Vorteil, da die extrem rechenintensiven Aufgaben wesentlich schneller erledigt werden können.

Wir möchten Sie herzlich einladen, uns auf der Medica, Halle 10, Stand F05, zu besuchen und über das Projekt mit uns zu diskutieren.

Weitere Informationen erhalten Sie von:

Fraunhofer FIRST, Leitung Institutskommunikation,
Mirjam Kaplow
Tel.: +49 (0)30/ 6392-1823
E-Mail: mirjam.kaplow@first.fraunhofer.de

Mirjam Kaplow | idw
Weitere Informationen:
http://www.first.fraunhofer.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizintechnik:

nachricht Radioembolisationsverfahren mit innovativen Sphären - Klinische Premiere für innovative Krebstherapie
24.04.2017 | Universitätsklinikum Carl Gustav Carus Dresden

nachricht Fit im Alter durch Hirnstimulation und Training
19.04.2017 | Leibniz-Institut für Arbeitsforschung an der TU Dortmund

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizintechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Im Focus: Wonder material? Novel nanotube structure strengthens thin films for flexible electronics

Reflecting the structure of composites found in nature and the ancient world, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have synthesized thin carbon nanotube (CNT) textiles that exhibit both high electrical conductivity and a level of toughness that is about fifty times higher than copper films, currently used in electronics.

"The structural robustness of thin metal films has significant importance for the reliable operation of smart skin and flexible electronics including...

Im Focus: Immunzellen helfen bei elektrischer Reizleitung im Herzen

Erstmals elektrische Kopplung von Muskelzellen und Makrophagen im Herzen nachgewiesen / Erkenntnisse könnten neue Therapieansätze bei Herzinfarkt und Herzrhythmus-Störungen ermöglichen / Publikation am 20. April 2017 in Cell

Makrophagen, auch Fresszellen genannt, sind Teil des Immunsystems und spielen eine wesentliche Rolle in der Abwehr von Krankheitserregern und bei der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Forschungsexpedition „Meere und Ozeane“ mit dem Ausstellungsschiff MS Wissenschaft

24.04.2017 | Veranstaltungen

3. Bionik-Kongress Baden-Württemberg

24.04.2017 | Veranstaltungen

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Phoenix Contact übernimmt Spezialisten für Netzleittechnik

24.04.2017 | Unternehmensmeldung

Phoenix Contact beteiligt sich an Berliner Start-up Unternehmen für Energiemanagement

24.04.2017 | Unternehmensmeldung

Phoenix Contact übernimmt Spezialisten für industrielle Kommunikationstechnik

24.04.2017 | Unternehmensmeldung